ＳＷＡＴ模型：让水资源评估“技高一筹”
来源：发布时间：2009年12月01日
当我们盘点当今世界热点名词时，“气候变化”无疑
会榜上有名。

的确，气候变化正在并已经对人类的社会经济
发展、生态系统、极端天气气候事件产生极其重要的影响。

而水资源作为生态系统的重要组成部分，不可避免地受到气
候变化的“关照”——气候变化将导致水资源时空分布格局
改变、极端水资源事件频率增加等。

近年来，特别是进入21
世纪后，水资源问题越来越困扰全球的经济社会发展，中国
亦不例外。

因此，探讨研究气候变化和人类活动影响下的水
资源问题，也就显得更为至关重要。

在此背景下，气象部门相关专家学者经过长期努力，
在水资源问题研究上取得显著成绩。

SWAT（Soil and Water Assessment Tool)模型作为开展水资源评估影响的有效工
具，已初显成效。

该模型正日益被采纳应用，并推而广之。

缘起：水文模型必不可少
第十一届全国人大财经委员会副主任、原水利部部长
汪恕诚曾说：“人多水少，水资源时空分布不均，水土资源
与经济社会发展布局不相匹配，是我国的基本水情。

”此言
道出了我国水资源的总体特征。

我国水资源总量为2.8万亿立方米，居世界第六位，但人均占有量只有2200立方米，仅为世界平均水平的30%左右。

目前，全国年缺水总量约达300亿立方米至400亿立方米，近三分之二的城市存在不同程度的缺水。

此外，我国水资源分布呈南多北少、东多西少态势：长江及其以南水系流域面积占全国国土总面积的36.5%，其水资源量却占全国的81%；淮河及其以北面积占63.5%，水资源量仅占19%。

西北内陆河地区面积占35.3%，水资源量仅占4.6%。

同时，受季风气候影响，我国的降水量年内分配极不均匀，大部分地区汛期4个月的降水量占全年总量的70%左右。

此外，水资源中大约三分之二是洪水径流量，且降水量年际变化也很大。

特别是在全球气候变化和大规模经济开发双重因素交织作用下，我国水资源情势更加堪忧。

如何对水资源系统进行深入研究，掌握其规律特性，趋利避害、造福人民呢？水文模型的应用提上日程。

国家气候中心专家许红梅博士介绍说，水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性。

水文模型可以帮助人们理解复杂的水循环系统，通过对观测资料的分析，使看不见、摸不着的水资源系统量化、直观化、连续化，从而为决策者提供科技支撑，为水资
源利用奠定基石。

聚焦：SWAT模型脱颖而出
在众多水文模型中，SWAT模型经过不断改进和试验应用，正以其独特的优势脱颖而出，被越来越多国家的专家学者广泛采用。

SWAT模型是一个基于物理过程的、连续事件的分布式流域水文模型。

该模型由美国农业部于1993年研发而成，主要用于模拟大面积复杂流域的径流、泥沙负荷和污染负荷等的水文过程。

此外，该模型还可以通过改变输入数据，进行情景设计与分析，研究气候变化、土地利用与土地覆盖变化对径流量、泥沙产量和污染负荷等的影响。

自开发以来，SWAT模型已获得长足发展，成为一个相对完善的分布式流域水文模型。

该模型经过参数调整，可以进行干旱区和湿润区的水文模拟；用于水资源的模拟，以及气候变化和土地利用变化对水资源影响的预估；模拟人类活动对水资源的影响；用于开展水文模型的不确定性评估等。

数百篇科研论文都已经证明，该模型作为一个活跃的、多学科交叉的流域模拟工具，已经获得广泛的国际认可。

在SWAT模型里，根据地形特征和水文气象站点的分布情况，一个大流域被划分为若干个子流域；在子流域里，又根据土地利用和土壤特征情况，划分出若干“水文响应单元”——这
成为SWAT模型计算水分平衡的基础。

SWAT模型的气候输入主要包括逐日降水、最高和最低气温等。

考虑到气象数据存在缺测现象，SWAT模型自带的“天气发生器”就具备完成气象数据差补的功能。

通过对流域内长时间序列的逐日观测数据的统计，建立“天气发生器”统计特征值，缺失的气象数据就会得到很大程度上的“复制”。

通过观测期的降雨—径流关系的再现，SWAT模型可以模拟出与此相关的蒸散量、土壤湿度、产水量等“难以观测”的水平衡变量的变化，从而为开展干旱评估、农业灌溉和水资源调配等提供科学指导。

前景：推而广之提升能力
未来30年黄河中上游花园口的流量有何变化，未来50年南水北调水源区水资源变化走势如何，西北干旱半干旱地区的生态水文过程对环境变化有何响应？……利用SWAT
模型，相关专家学者似乎已成为解答气候变化背景下水文水资源问题的“先知”。

目前，在世界范围内，SWAT 模型已经在美国以及欧洲、亚洲及非洲等几十个国家得到了推广应用。

近几年，在我国的研究和应用也越来越多。

基于SWAT模型，我国气象部门已经开展了《气候变化对水资源影响预估》《水资源对气候变化的敏感性分析》等多项研究课题，成果颇丰。

在最新的研究成果中，SWAT模型正在实现“转型”，以便更加符合中国的水“情”水“势”。

许红梅介绍说，经过长期研究，国家气候中心的相关专家学者已经建立起一套基于SWAT模型的水资源评估系统。

该系统使SWAT模型具有了符合中国水情的方法和标准，实现了“本土化”；建立起SWAT模型与气象共享数据库和预估数据库的关联，使应用更加便捷化；实现了SWAT模型模拟结果的可视化操作，使用更加直观化；统一了SWAT模型的自动参数率定以及模型结果的解释应用问题，使操作更加规范化。

基于SWAT模型的水资源评估系统经过示范性案例研究，通过计算和模拟，能把无数的数据“融会贯通”，让水资源评估研究“技高一筹”，补缺过去，推测未来，并且操作简单，可以有效提升气象部门开展气候变化对水资源影响评估的业务服务能力。

目前，该评估系统已经在陕西、河南、湖北等许多地区应用，成效显著。

SWAT模型及在此基础上的研究应用必将迎来更加广阔的发展前景。